ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH: TÌM HIỂU XỬ LÝ CHẤT THẢI TRONG HÓA HỌC XANH

Chia sẻ: Dat Vu Van | Ngày: | Loại File: DOC | Số trang:153

Thêm vào BST

Báo xấu

164
lượt xem 62
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Trong nền sản xuất công nghiệp hiện đại thì vấn đề chất thải là vấn đề đáng được lưu tâm nhất. Chất thải gây ô nhiễm môi trường, ảnh hưởng trực tiếp đến đời sống và kinh thế của con người. Ngoài ra chất thải cũng góp phần là nguyên nhân gây ra các vấn đề về sức khỏe. Với mỗi ngành sản xuất khác nhau sẽ cho ra đời mỗi loại chất thải khác nhau và qua từng thời kỳ phát triển thì thành phần và tính chất nguy hại của chất thải lại đòi hỏi một phương pháp...

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH: TÌM HIỂU XỬ LÝ CHẤT THẢI TRONG HÓA HỌC XANH

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP. HCM KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH TÌM HIỂU XỬ LÝ CHẤT THẢI TRONG HÓA HỌC XANH Giảng viên hướng dẫn: T.S LÊ THỊ THANH HƯƠNG Sinh viên thực hiện: VŨ VĂN ĐẠT MSSV: 09070271 Lớp: DHHC5 Khoá: 2009-2013 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 6 năm 2013 TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP. HCM
KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH TÌM HIỂU XỬ LÝ CHẤT THẢI TRONG HÓA HỌC XANH Giảng viên hướng dẫn: T.S LÊ THỊ THANH HƯƠNG Sinh viên thực hiện: VŨ VĂN ĐẠT MSSV: 09070271 Lớp: DHHC5 Khoá: 2009-2013 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 6 năm 2013
i TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC Độc lập – Tự do - Hạnh phúc NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH (KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP) Họ và tên sinh viên: Vũ Văn Đạt MSSV: 09070271 Lớp: DHHC5 Chuyên ngành: Công nghệ Hóa hữu cơ Tên đề tài đồ án: Tìm hiều xử lý chất thải trong hóa học xanh. Nhiệm vụ của khóa luận: 1. Vai trò của ngành công nghiệp hóa chất 2. Những nguồn gây nguy hại môi trường 3. Hóa học xanh và kỹ thuật xanh 3.1. Định nghĩa hóa học xanh 3.2. Định nghĩa hóa học xanh 3.3. Các nguyên tắc của hóa học xanh 3.4. Tiết kiệm “nguyên tử” 3.5. Xử lý chất thải 3.5.1. Các vấn đề của chất thải 3.5.2. Các nguồn phát sinh chất thải trong công nghiệp hóa chất 3.5.3. Một số vấn đề gây ra do chất thải và chi phí xử lý chất thải 3.6. Các kỹ thuật giảm thiểu phát sinh chất thải 3.6.1. Thiết kế quy trình giảm thiểu chất thải 3.6.2. Giảm thiểu chất thải từ các quá trình hiện hữu 3.7. Xử lý chất thải tại chỗ
ii 3.7.1. Xử lý bằng các phương pháp vật lý 3.7.2. Xử lý bằng các phương pháp hóa học 3.8.3. Xử lý bằng các phương pháp sinh học 3.8. Sự giảm cấp và chất hoạt động bề mặt 3.8.1. Thuốc DDT 3.8.2. Polymer 3.8.3. Một số quy luật của sự giảm cấp 3.8.4. Vấn đề tái sinh polymer 3.8.5. Tách và sàng lọc 3.8.6. Thiêu kết 3.8.7. Tái sinh cơ học 3.8.8. Tái sinh hóa học thành các monomer 3.8.9. Thiết kế dành cho quá trình giảm cấp Ngày giao khóa luận: 14/01/2013 Ngày hoàn thành khóa luận: 05/2013 Họ tên giáo viên hướng dẫn: T.S Lê Thị Thanh Hương Tp. Hồ Chí Minh, ngày 13 tháng 6 năm 2013 Chủ nhiệm bộ môn Giáo viên hướng dẫn
iii LỜI CẢM ƠN Tôi xin cảm ơn gia đình là điểm tựa, là nguồn động lực rất lớn giúp tôi hoàn thành tốt việc học trong suốt thời gian qua. Em chân thành biết ơn sâu sắc đến: Cô TS.Lê Thị Thanh Hương đã tận tình hướng dẫn, chỉ bảo và tạo mọi điều kiện tốt nhất giúp em hoàn thành tốt đề tài tốt nghiệp. Cảm ơn thầy cô bộ môn Hóa Hữu Cơ, thầy cô khoa Hóa đã tận tình truyền dạy, giúp đỡ em trong quá trình học tập. Cuối cùng em xin cảm ơn các anh chị và các bạn khoa Hóa đã giúp đỡ tôi trong quá trình thực hiện đề tài. TP. Hồ Chí Minh, ngày 13 tháng 6 năm 2013 Họ tên sinh viên
iv NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN .................................................................................................................................................. .................................................................................................................................................. .................................................................................................................................................. .................................................................................................................................................. .................................................................................................................................................. .................................................................................................................................................. .................................................................................................................................................. .................................................................................................................................................. .................................................................................................................................................. .................................................................................................................................................. .................................................................................................................................................. Phần đánh giá: • Ý thức thực hiện:................................................................................................... • Nội dung thực hiện:............................................................................................... • Hình thức trình bày:................................................................................................ • Tổng hợp kết quả:................................................................................................. Điểm bằng số:....................................Điểm bằng chữ:........................................ Tp. Hồ Chí Minh, ngày ..... tháng ..... năm Giáo viên hướng dẫn
v NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN .................................................................................................................................................. .................................................................................................................................................. .................................................................................................................................................. .................................................................................................................................................. .................................................................................................................................................. .................................................................................................................................................. .................................................................................................................................................. .................................................................................................................................................. .................................................................................................................................................. .................................................................................................................................................. Phần đánh giá: • Ý thức thực hiện:................................................................................................... • Nội dung thực hiện:............................................................................................... • Hình thức trình bày:................................................................................................ • Tổng hợp kết quả:................................................................................................. Điểm bằng số:....................................Điểm bằng chữ:........................................ Tp. Hồ Chí Minh, ngày ..... tháng ..... năm 2013 Giáo viên phản biện
vi MỤC LỤC MỤC LỤC........................................................................................................................................ vi DANH MỤC HÌNH ẢNH................................................................................................................. viii DANH MỤC BẢNG BIỂU................................................................................................................. x CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN.............................................................................................................. 1 1.1. Vai trò của ngành công nghiệp hóa chất............................................................................... 1 1.2. Công nghệ xanh..................................................................................................................... 1 1.3. Hóa học xanh......................................................................................................................... 3 1.3.1. Định nghĩa............................................................................................................................3 1.3.2. Các nguyên tắc của hóa học xanh.....................................................................................4 1.3.3. Tiết kiệm nguyên tử.............................................................................................................5 1.4. Những nguồn gây nguy hại môi trường................................................................................. 6 1.4.1 Chất thải...............................................................................................................................6 1.4.2. Sự phát sinh chât thải trong xã hội công nghiệp................................................................7 1.4.3. Ảnh hưởng của chất thải ...................................................................................................8 1.5. Giảm thiểu chất thải............................................................................................................. 10 1.5.1. Khái niệm...........................................................................................................................10 1.5.2. Giảm thiểu tại nguồn.........................................................................................................12 CHƯƠNG 2: XỬ LÝ NƯỚC THẢI.................................................................................................. 14 2.1. Một số khái niệm.................................................................................................................. 14 2.1.1. Sự ô nhiễm nước, các dạng và thành phần của nước thải.............................................14 2.1.2. Các tiêu chuẩn và chỉ tiêu đánh giá bộ ô nhi ễm của nước thải......................................14 2.1.3. Điều kiện xả nước thải ra nguồn......................................................................................16 2.2. Xử lý nước thải bằng phương pháp cơ học......................................................................... 20 2.2.1. Song chắn rác...................................................................................................................20 2.2.2. Bể lắng cát.........................................................................................................................22 2.2.3. Bể lắng...............................................................................................................................23 2.3. Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học....................................................................... 25 2.3.1. Các công trình xử lý nước thải bằng phương pháp sinh h ọc trong đi ều ki ện t ự nhiên . .25 2.3.2. Các loại bể lọc sinh học (bể biophil)................................................................................29 2.3.3. Bể thổi khí có bùn hoạt tính (bể Aerotank) thường đ ạm.................................................31 2.3.4. Bể lắng đợt II và bể nén bùn............................................................................................32 2.4. Xử lý nước thải bằng phương pháp hóa lý........................................................................... 33 2.4.1. Phương pháp đông tụ và keo tụ.......................................................................................34 2.4.2. Tuyển nổi...........................................................................................................................41 2.4.3. Hấp phụ.............................................................................................................................46
vii 2.4.4. Trao đổi ion........................................................................................................................51 2.4.5. Các quá trình tách bằng màng..........................................................................................57 2.4.6. Các phương pháp điện hóa..............................................................................................63 2.5. Xử lý nước thải bằng phương pháp hóa học....................................................................... 70 2.5.1. Phương pháp trung hòa....................................................................................................72 2.5.2. Phương pháp oxy hóa và khử...........................................................................................77 2.6. Xử lý bùn cặn....................................................................................................................... 85 2.7. Xả nước thải ra nguồn......................................................................................................... 87 CHƯƠNG 3: XỬ LÝ CHẤT THẢI KHÍ VÀ CHẤT THẢI RẮN........................................................ 88 3.1. Xử lý chất thải khí................................................................................................................ 88 3.1.1. Xử lý cơ học.......................................................................................................................88 3.1.2. Xử lý bằng phương pháp hóa lý........................................................................................88 3.2. Xử lý chất thải rắn................................................................................................................ 96 3.2.1. Các phương pháp chung:..................................................................................................96 3.2.2. Phương pháp cơ học.........................................................................................................98 3.2.2. Phương pháp nhiệt..........................................................................................................100 3.2.3. Phương pháp tuyển chất thải.........................................................................................101 3.2.5. Phương pháp hóa lý........................................................................................................104 3.2.6. Phương pháp sinh hóa....................................................................................................107 CHƯƠNG 4: XỬ LÝ DDT VÀ RÁC THẢI POLYMER................................................................... 109 4.1. Thuốc DDT ........................................................................................................................ 109 4.1.1. Khái niệm về DDT...........................................................................................................109 4.1.2. Ảnh hưởng của DDT tới môi trường và sức khỏe..........................................................111 4.1.3. Các phương pháp xử lý DDT..........................................................................................116 4.1.4. Phân hủy sinh học DDT..................................................................................................119 4.2. Tái sinh nhựa..................................................................................................................... 126 4.2.1. Giảm cấp phế thải...........................................................................................................128 4.2.2. Tái sinh cơ học................................................................................................................129 4.2.3. Tái sinh hóa học..............................................................................................................131 4.3. Tái sinh cao su................................................................................................................... 132 4.3.1. Chuẩn bị cho quá trình tái sinh.......................................................................................133 4.3.2. Các phương pháp tái sinh cao su...................................................................................134 KẾT LUẬN.................................................................................................................................... 138 TÀI LIỆU THAM KHẢO................................................................................................................ 139
viii DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1. Sơ đồ phát sinh chất thải trong sản xuất công nghiệp................................................ 8 Hình 2. Tác động trực tiếp của chất thải đối với người và động vật ..................................... 10 Hình 3. Các kỹ thuật giảm thiểu chất thải................................................................................. 11 Hình 4. Song chắn rác cào bằng tay........................................................................................... 21 Hình 5. Song chắn rác có bộ phận lấy rác bằng cơ giới.......................................................... 22 Hình 6. Bể lắng cát nước chảy thẳng......................................................................................... 23 Hình 7. Hồ hiếu khí....................................................................................................................... 26 Hình 8. Hồ sinh vật tùy tiện......................................................................................................... 27 Hình 9. Hoạt động của hồ sinh vật yếm khí (kỵ khí)................................................................ 28 Hình 10. Sơ đồ lọc bằng bể lọc sinh học nhỏ giọt................................................................... 30 Hình 11. Sơ đồ aerotank xử lý sinh học nhiều bậc................................................................... 32 Hình 12. Sơ đồ xử lý bằng bể bùn hoạt tính và bể lắng sinh học........................................... 33 Hình 13. Điên tích trên hạt lơ lửng khi giải thích bằng lý thuy ết hai lớp................................ 35 Hình 14 Giảm điện tích thực trên hạt rắn bằng thêm các ion trái dấu hóa tr ị 3.................... 36 Hình 15. Sơ đồ thiết bị làm sạch nước thải bằng đông tụ....................................................... 40 Hình 16. Các thiết bị đông tụ....................................................................................................... 41 Hình 17. Sự kết dính của hạt rắn và bóng khí trong tuyển nổi................................................ 42 Hình 18. Hệ thống tuyển nổi băng không khí hòa tan không có tuần hoàn...........................44 Hình 19. Hệ thống tuyển nổi băng không khí hòa tan có tuần hoàn....................................... 44 Hình 20. Thiết bị tuyển nổi cấp không khí qua đầu khuếch tán bằng vật liệu xốp..............46 Hình 21. Thiết bị tuyển nổi cấp khí qua tấm lọc....................................................................... 46 Hình 22. Hệ thống với cấp chất hấp phụ nổi tiếp.................................................................... 48 Hình 23 . Hệ thống cấp chất hấp phụ ngược chiều................................................................. 48
ix Hình 24. Sơ đồ các hệ thống hấp phụ........................................................................................ 49 Hình 25. Sơ đồ một số loại tháp hấp phụ.................................................................................. 51 Hình 26. Trao đổi anion kiềm yếu............................................................................................... 55 Hình 27. Trao đổi hỗn hợp cation và anion................................................................................. 55 Hình 28. Quá trình trao đổi ion sử dụng sơ đồ lọc nhúng........................................................ 56 Hình 29. Thiết bị trao đổi ion với lớp ionit chuyển động.......................................................... 57 Hình 30. Các loại thiết bị thẩm thấu ngược............................................................................... 60 Hình 31. Sơ đồ kết hợp siêu lọc và thảm thấu ngược.............................................................. 62 Hình 32. Nguyên lý của điện thẩm tách...................................................................................... 63 Hình 33. Sơ đồ điện phân............................................................................................................. 65 Hình 34. Sơ đồ hệ thống đông tụ bằng điện............................................................................. 69 Hình 35. Sơ đồ hệ thống thiết bị tuyển nổi điện một ngăn..................................................... 70 Hình 36. Sơ đồ nguyên lý trạm trung hòa nước thải bằng sơ đồ bổ sung tác nhân.............73 Hình 37. Sơ đồ sử dụng nước không có nước thải.................................................................. 77 của nhà máy sản xuất xi măng amian....................................................................................... 77 Hình 38. Sơ đồ nguyên lý công nghệ oxy hóa sunfua............................................................... 81 Hình 39. Các sơ đồ thiết bị lọc sạch nước thải bằng ozon theo một bậc............................. 83 Hình 40. Thiết bị phản ứng ozon hóa.......................................................................................... 84 Hình 41. Sơ đồ quá trình khử....................................................................................................... 85 Hình 42. Bể tự hoại 3 ngăn.......................................................................................................... 86 Hình 43. Thiết bị hấp phụ với chất hấp phụ không chuyển động.......................................... 94 Hình 44. Thiết bị hấp phụ với chất hấp phụ chuyển động...................................................... 95 Hình 45. Mỏ đốt có sự trộn trước khí thải và không khí........................................................... 96 Hình 46. Các phương pháp chuẩn bị và chế biến chất thải rắn............................................. 97 Hình 47. Một số sơ đồ đập đơn giản.......................................................................................... 99 Hình 48. Sơ đồ xử lý chất thải công nghiệp............................................................................ 109 Hình 49. Công thức cấu tạo của một số đồng phân DDT....................................................... 110
x Hình 50. Con đường chuyển hoá DDT bởi vi khuẩn ............................................................... 121 trong điều kiện kị khí theo cơ chế loại khử clo....................................................................... 121 Hình 51. Con đường phân hủy DDT bởi loài nấm trắng p. Chrysosporium.......................... 123 Hình 52. Con đường phân hủy DDT bởi alcaligenes eutrophus A5........................................ 124 Hình 53. Sơ đồ tái sinh nhựa phế thải...................................................................................... 131 Hình 54. Sơ đồ sản xuất cao su tái sinh bằng phương pháp nhiệt cơ................................. 136 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1. Thành phần tính chất nước thải tính bằng ml/l........................................................... 15 Bảng 2. Nguyên tắc vệ sinh khi xả nước thải vào nguồn nước ............................................. 17 Bảng 3: Nồng độ giới hạn cho phép của một số chất độc hại .............................................. 17 trong các nguồn nước dùng trong sinh hoạt hoặc nuôi cá...................................................... 17 Bảng 4. Liều lượng chất đông tụ ứng với hàm lượng khác nhau của tạp chất.................... 37 Bảng 5. Độ hòa tan của không khí ở áp suát khí quyển tại các nhiệt độ khác nhau ...........43 Bảng 6. Tải lượng theo chất rắn của các thiết bị tuyển nổi bằng không khí hòa tan ..........45 Bảng 7. Các quá trình tách bằng màng...................................................................................... 58 Bảng 8. Lượng tác nhân tiêu tốn theo lý thuyết để trung hòa các axit.................................. 74 Bảng 9. Lượng tác nhân tiêu tốn riêng cần thiết để tách kim loại, kg/kg.............................. 74 Bảng 10. Các chất hấp thụ dùng để làm sạch khí thải............................................................ 89 Bảng 11. Các vi sinh vật phân hủy DDT................................................................................... 120 Bảng 12. Phân loại, kí hiệu và nguồn sử dụng nhựa............................................................. 126
xi LỜI NÓI ĐẦU Trong nền sản xuất công nghiệp hiện đại thì vấn đề chất thải là vấn đ ề đáng được lưu tâm nhất. Chất thải gây ô nhiễm môi trường, ảnh hưởng trực tiếp đ ến đời sống và kinh thế của con người. Ngoài ra chất thải cũng góp phần là nguyên nhân gây ra các vấn đề về sức khỏe. Với mỗi ngành sản xuất khác nhau sẽ cho ra đời mỗi loại chất thải khác nhau và qua từng thời kỳ phát triển thì thành phần và tính chất nguy hại của chất thải lại đòi hỏi một phương pháp xử lý riêng. Trên cơ sở vận dụng những hiểu biết đã học tập tại trường, dưới sự hướng dẫn của cô Lê Thị Thanh Hương. Với mục đích là tìm hiểu thêm về lĩnh vực xử lý chất thải trong công nghệ hóa học với đề tài tốt nghiệp được phân là: Tìm hiểu xử lý chất thải trong hóa học xanh. Em xin trình bày một số công nghệ cũng như phương pháp xử lý chất thải hiện đang được áp dụng hiện nay. Do kiến thức còn hạn chế và thời gian thực hiện không được nhiều nên nội dung đề tài của em không tránh khỏi sai sót, hạn chế mong có được sự góp ý và sửa chữa để đề tài được hoàn thiện hơn.
1 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1. Vai trò của ngành công nghiệp hóa chất Công nghiệp hóa chất là một ngành công nghiệp nặng và còn tương đối trẻ, phát triển nhanh từ thế kỉ XIX do nhu cầu cung cấp nguyên liệu cho các ngành kinh tế và do sự phát triển mạnh mẽ của nền khoa học ‒ kĩ thuật. Ngày nay, công nghiệp hóa chất ngày càng đóng vai trò quan trọng đối với s ự phát triển kinh tế, đảm nhận việc cung cấp nguyên liệu và sản phẩm phục vụ cho nhiều ngành sản xuất, trở thành ngành công nghiệp mũi nhọn của nhiều quốc gia trên thế giới trong đó có Việt Nam. Đối với nền sản xuất, ngành công nghiệp hóa chất đóng một số vai trò chủ yếu như: ‒ Cung cấp nguyên liệu hoặc thành phẩm cho nhiều ngành công nghiệp. ‒ Tạo ra nhiều sản phẩm mới mà đặc tính của chúng nhiều khi không có trong tự nhiên. ‒ Cung cấp phân bón, thuốc bảo vệ thực vật, giúp nâng cao năng suất nông nghiệp. ‒ Tận dụng các nguồn nguyên liệu tự nhiên, tận dụng phế liệu của ngành khác Đối với đời sống xã hội. ‒ Tạo ra nhiều sản phẩm phục vụ nhu cầu của con người (mĩ phẩm, da giầy, xà phòng....). ‒ Bào chế thuốc chữa bệnh phục vụ cho ngành y tế, chăm sóc sức khỏe con người. 1.2. Công nghệ xanh Hàng năm có rất nhiều Hội nghị ở cấp quốc gia và quốc tế về vấn đề trên qua những chương trình kỹ thuật nhất là ở các đại hôi của Hội Hóa học Hoa Kỳ ̣
2 (American Chemical Society – ACS). Nhiều tạp chí khoa học khác đều có những ấn bản đặc biệt liên quan đến Hóa học Xanh như tạp chí Nghiên cứu Khoa học và Hạch toán Hóa học (Scientific Research & Accounts of Chemical). Riêng tại Anh Quốc, Hội Hoá học Hoàng gia đã phát hành từ 4 năm qua tạp chí Hóa học Xanh. Một số viện đại học trên thế giới cũng đã thành lập phân khoa riêng cho môn Hóa học Xanh nằm trong chương trình Công nghệ xanh. Viện Hóa học Xanh thuộc Hội Hóa học Hoa Kỳ đã đóng góp rất nhiều khóa huấn luyện cho sinh viên và các nhà nghiên cứu khắp nơi trên thế giới. Và công nghệ Hóa học Xanh đã ra đời cũng như đã được xem như là một công nghệ xanh chiến lược cho phát triển bền vững toàn cầu. Hiện tại, trên thế giới đã có nhiều Viện hay Trung tâm nghiên cứu đã đ ược thành hình ở Anh Quốc, Ý, Nhật Bổn, Hoa Kỳ, và Uùc Châu. Có thể nói hầu hết các nhà hóa học trên thế giới đều được biết qua thông tin về Hóa học Xanh ngày nay. Định nghĩa Công nghệ Xanh Danh từ “công nghệ” (technology) dùng để chỉ sự áp dụng các kiến thức khoa học vào trong thực tế của đời sống. Công nghệ xanh là một khái niệm mới c ủa con người trước nguy cơ ô nhiễm toàn cầu. Đây là một nỗi ưu tư lớn của những nhà làm khoa học chân chính nhằm mục đích cổ suý việc tạo dựng và tiêu dùng năng lượng qua chiều hướng phát thải phế thải không độc hại hay ít đ ộc hại ngõ hầu hạn chế được vấn nạn hâm nóng toàn cầu hiện tại. Từ suy nghĩ đó, họ luôn luôn nghĩ đến phương cách, quy trình mới, sáng tạo và cải tiến các công nghệ cũ trở thành công nghệ xanh để bảo vệ môi trường chung cho thế giới. Mục tiêu của chiều hướng giải quyếtt vấn đề qua khái niệm công nghệ xanh gồm nhiều lãnh vực căn bản liệt kê như sau: ‒ Phát triển bền vững bằng những công nghệ thân thiện với môi trường (friendly), không làm tổn hại đền nguồn tài nguyên thiên nhiên hay ảnh hưởng nguy hại đến những thế hệ tương lai.
3 ‒ Tạo dựng một chu trình kín trong sản xuất, nghĩa là phế phẩm của một quy trình sẽ là nguyên liệu của một quy trình sản xuất khác. ‒ Giảm thiểu tối đa phế thải độc hại và tăng cường khả năng tái tạo sản phẩm cũ thành nguyên liệu mới. ‒ Trong nông nghiệp, sáng tạo công nghệ mới thay vì sư dụng phân bón và hoá chất. ‒ Một trong những lãnh vực quan trọng nhất cần phải nêu ra là lãnh vực năng lượng. Công nghệ xanh đòi hỏi cần phải sử dụng năng lượng hợp lý hoặc giảm thiểu hầu bảo vệ mội trường thiên nhiên. ‒ Hoa hoc xanh cũng là một yếu tố quan trọng góp phần vào việc giải quyết ́ ̣ công nghệ xanh. 1.3. Hóa học xanh 1.3.1. Định nghĩa Bảo vệ môi trường và phát triển bền vững có tầm quan trọng đặc biệt trong từng quốc gia, trong tất cả các ngành kinh tế và đặc biệt trong ngành hóa chất ‒ một trong các ngành gây ô nhiễm lớn nhất do tính độc, tính oxy hóa, tính cháy nổ của các hóa chất. Các nhà hoạt động môi trường, các tổ chức, các đảng hoạt động với tôn chỉ bảo vệ môi trường, giữ gìn sự xanh, sạch, đẹp của trái đất đều chọn màu xanh là biểu tượng của mình như đảng Xanh hoặc nhóm Hòa bình Xanh. Màu xanh cũng được các nhà hóa học chọn lựa làm biểu tượng cho hóa học bền vững dưới tên gọi hóa học xanh. Hóa học xanh nghĩa là thiết kế, phát triển và ứng dụng các sản phẩm hóa chất cũng như các quá trình sản xuất, tổng hợp hóa chất nhằm giảm thiểu hoặc loại trừ việc sử dụng các chất gây nguy hại tới sức khỏe cộng đồng và môi trường. Có nhiều phương pháp để “xanh hóa” những công nghệ hóa học. Những phương pháp này có thể thực hiện riêng lẻ hay phối hợp trong các qui trình c ủa
4 công nghệ hóa học, nhằm mục tiêu làm tăng hiệu suất và giảm lượng thải đ ộc hại. Bao gồm 4 phương pháp: ‒ Xúc tác xanh ‒ Dung môi xanh ‒ Phương pháp vi sóng–siêu âm ‒ Vi bình phản ứng (micro reactor) 1.3.2. Các nguyên tắc của hóa học xanh Trong cuốn sách xuất bản vào năm 1998 mang tựa đề Ngành hóa chất xanh: Lý thuyết và thực tiễn (Nhà Xuất bản Đại học Oxford), Paul Anastas và John Warner đã đưa ra 12 nguyên tắc như một lộ trình cho các nhà hóa học trong việc thực hiện hóa chất xanh. 1. Ngăn ngừa chất thải: Tốt nhất là ngăn ngừa sự phát sinh của chất thải hơn là là xử lý hay làm sạch chúng. 2. Tính kinh tế: Các phương pháp tổng hợp phải được thiết kế sao cho các nguyên liệu tham gia vào quá trình tổng hợp có mặt tới mức tối đa trong sản phẩm cuối cùng. 3. Tìm ra những phương pháp tổng hợp hóa học ít độc hại: Các phương pháp tổng hợp được thiết kế nhằm sử dụng và tái sinh các chất ít hoặc không gây nguy hại tới sức khỏe con người và cộng đồng. 4. Tạo ra những hóa chất và sản phẩm an toàn hơn: Sản phẩm hóa chất đ ược thiết kế, tính toán sao cho có thể đồng thời thực hiện được chức năng đòi hỏi của sản phẩm nhưng lại giảm thiểu được tính độc hại. 5. Dung môi và các chất phụ trợ an toàn hơn: Trong mọi trường hợp có thể nên dùng các dung môi, các chất tham gia vào quá trình tách và các chất phụ trợ khác không có tính độc hại. 6. Thiết kế nhằm sử dụng hiệu quả năng lượng: Các phương pháp tổng hợp được tính toán sao cho năng lượng sử dụng cho các quá trình hóa học ở mức
5 thấp nhất. Nếu như có thể, phương pháp tổng hợp nên được tiến hành ở nhiệt độ và áp suất bình thường. 7. Sử dụng nguyên liệu có thể tái sinh: Nguyên liệu dùng cho các quá trình hóa học có thể tái sử dụng thay cho việc loại bỏ. 8. Giảm thiểu dẫn xuất: Vì các quá trình tổng hợp dẫn xuất đòi hỏi thêm các hóa chất khác và thường tạo thêm chất thải. 9. Xúc tác: Tác nhân xúc tác nên dùng ở mức cao hơn so với đ ương l ượng các chất phản ứng. 10. Tính toán, thiết kế để sản phẩm có thể phân hủy sau sử dụng: Các sản phẩm hóa chất được tính toán và thiết kế sao cho khi thải bỏ chúng có thể bị phân huỷ trong môi trường. 11. Phân tích thời gian hữu ích để ngăn ngừa ô nhiễm: Phát triển các phương pháp phân tích cho phép quan sát và kiểm soát việc tạo thành các chất thải nguy hại. 12. Hóa học an toàn hơn để đề phòng các sự cố: Các hợp chất và quá trình tạo thành các hợp chất sử dụng trong các quá trình hóa học cần được chọn lựa sao cho có thể hạn chế tới mức thấp nhất mối nguy hiểm có thể xẩy ra do các tai nạn, kể cả việc thải bỏ, nổ hay cháy, hóa chất. 1.3.3. Tiết kiệm nguyên tử Tiết kiệm nguyên tử hay tính kinh tế của hóa học xanh là nguyên tắc thứ 2 trong 12 nguyên tắc được liệt kê ở trên của hóa học xanh Tiết kiệm nguyên tử (hay sử dụng nguyên tử hiệu quả) là khái niệm mô tả việc chuyển đổi có hiệu quả về mặt nguyên tử của một quá trình hóa học đ ể cho ra sản phẩm mong muốn. Trong một quá trình hóa học lý tưởng thì tổng l ượng tác chất ban đầu sẽ bằng với tổng lượng sản phầm được tạo thành và không có lượng tác chất lãng phí (hiệu suất phản ứng là 100%). Với sự phát triển gần đây của các loại nguyên liệu có độ thô cao (ví dụ như dầu mỏ) thì chi phí sản xuất và vấn đề gia tăng độ nhạy cảm với môi trường đã làm cho việc tiếp cận với ti ết kiệm nguyên tử trở phổ biến hơn. Tiết kiệm nguyên tử là một khái niệm quan
6 trọng của lý thuyết hóa học xanh và là một trong những cách phổ biến nhất đ ể đánh giá độ "xanh" của một quá trình chuyển hóa hoặc tổng hợp hóa học. Để đánh giá sự tiết kiệm nguyên tử của 1 quá trình người ta sử dụng công thức sau: Cần chú ý rằng tỉ lệ tiết kiệm nguyên tử có thể thấp ngay cả trong phản ứng cho sản phẩm thu được có hiệu suất là 100%, ví dụ như phản ứng cho sản phẩm mong muốn có cấu trúc đối xứng do đó phản ứng cần phải được chọn lọc lập thể khi xét tỉ lệ tiết kiệm nguyên tử của phản ứng đó. Ngoài tiết kiệm nguyên tử người ta còn có các tiêu chí khác để đánh giá một quá trình hóa học như tiêu thụ năng lượng, phát sinh chất ô nhiễm và giá thành. Tạo phản ứng ứng dụng tiết kiệm nguyên tử là mục tiêu nền tảng trong các phản ứng hóa học, ví dụ xét đến phản ứng: A + B → C + D trong đó có hai sản phẩm được tạo thành với chất C là sản phẩm mong muốn. Trong trường hợp đó, D được coi là một sản phẩm phụ. Vì nó là một mục tiêu quan trọng của hóa học xanh để tối đa hóa hiệu quả của các chất phản ứng và giảm thiểu việc sản sinh ra các chất thải, do đó D hoặc là phải được đưa vào ứng dụng, hoặc được loại bỏ hay được giảm thiểu đến mức ít nhất có thể. Với phương trình mới của mẫu A + B → C, bước đầu tiên trong việc sản xuất hóa chất hiệu quả hơn là s ử dụng các phản ứng tương tự như phản ứng cộng đơn giản với chỉ bổ sung khác là vật liệu xúc tác. 1.4. Những nguồn gây nguy hại môi trường 1.4.1 Chất thải Những nguồn gây nguy hại đến môi trường chủ yếu là các loại chất thải chưa qua xử lý của con người thải ra môi trường. Dựa vào tính chất người ta chia chất thải làm 3 loại là chất thải rắn, chất thải lỏng và chất thải khí.
7 Chất thải rắn: bao gồm tất cả các chất thải ở dạng rắn, phát sinh do các hoạt động của con người và sinh vật, được thải bỏ khi chúng không còn hữu ích hay khi con người không muốn sử dụng nữa. Chât thải lỏng (hay nước thải) là một tổ hợp phức tạp các thành phần vật chất trong đó nguồn gốc nhiễm bẩn có nguồn gốc vô cơ và hữu cơ thường tốn tại dưới dạng không hòa tan, keo và hòa tan. Thành phần và nồng độ nhiễm bẩn phụ thuộc nhiều vào loại nước thải. Dựa vào nguồn gốc người ta chia nước thải làm 3 loại là nước thải sinh hoạt, nước thải sản xuất và nước mưa. Chất thải khí (hay khí thải): là không khí có chứa khí, bụi, khói hoặc mùi với số lượng có hại. Chất gây ô nhiểm chủ yếu là khí thải từ các phương tiện công nghiệp và động cơ. Ngoài ra còn có các nguồn tự nhiên như gió thổi bụi và khói từ các đám cháy. 1.4.2. Sự phát sinh chât thải trong xã hội công nghiệp Trong xã hội công nghiệp, quá trình phát sinh chất thải gắn liền với quá trình sản xuất, mỗi giai đoạn của quá trình sản xuất đều tạo ra chất thải, từ khâu khai thác, tuyển chọn nguyên liệu đến khi tạo ra sản phẩm phục vụ người tiêu dùng. Sản phẩm sau khi sử dụng có thể tái sinh, tái chế hoặc đổ bỏ, và đó cũng là chất thải.